JPS58153554A - 霧化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、灯油・軽油等の液体燃料、水、薬液等の液体
を微粒化するための霧化装置に関し、さらに詳しく言え
ば、圧電振動子等の電気的振動子の超音波振動を利用し
て液体を微粒化するいわゆる超音波霧化装置に関するも
のである。

従来、この種の超音波霧化装置には大別して以下の３種
のものが提案されている。

（第１は）ホーン型超音波霧化装置であり、ジュラルミ
ン等で構成したホーン−動子の一端に圧電振動子を装着
してその振巾増巾を行い、他端の振巾増巾面に液体をポ
ンプ等で供給２滴下して霧化するものである。

（第２は）液槽の底面処圧電振動子を設け、液面近傍に
超音波エネルギーを集中させ、一種のキャビテーション
現象により液槽の液面から直接霧化するものである。

（第３は）第１図に示すような構成であって、液室１の
一端にオリフィス２を設け、他端に圧電振動子３を設け
たものであり、圧電振動子３の振動による圧力波を液室
１内の液体を通してオリフィス２に伝え、オリフィス２
より、霧化粒子４を噴射するものである。

しかしながら、これら従来の超音波霧化装置は以下に述
べる欠点を有していた。

（第１の）超音波霧化装置は、安定な霧化動作を保証す
るためには、ホーン振動子の高い加工精度と面倒な固定
方法が必要であり、またポンプを必要とするため、極め
て高価で大型構造とならざるを得す、霧化粒子の粒径と
そのバラツキなどの霧化性能は十分でなく、かつ、２０
ｃｃ／分程度の霧化量を得るに要する電力は６〜１０〔
ｗ〕と大きいものであった。

また（第２の）超音波霧化装置は、霧化に要するエネル
ギーが大きく、例えば２０００７分程度の霧化量を得る
には４０〜ｅ　ｏ　（ｗ、〕　　を要し、しかも、〜２
［ＭＨ・〕という高周波−カを必要とするものであった
。従って、駆動回路も高価であり、不要輻射が大きく電
波障害が発生しやすいという欠点を有していた。また、
霧化量の安定化が極めて困難であった。

（第３）の超音波霧化装置は、小型・コンパクトである
が、圧電振動子の振動が液室１内の液体中を通る圧力波
としてオリフィス２に伝達される構成であるため、溶存
空気を含む一般的な液体ではキャビテーション気泡が発
生して安定に霧化できず、液体中の溶存空気を除去する
工程を必要とするものであった。

本発明は、上記従来の欠点を掃した超音波霧化装置を提
供せんとするものである。

第１の目的は、構成が簡単でコンパクト・低価格な霧化
装置を提供力・ることである。

第２の目的は、低消費電力であるにもかかわらず、微粒
化および均一性などの霧化性能に優れた霧化装置を提供
することである。

さらに第３の目的はＪ：液体の温度による霧化量の変動
を簡単な構成で安定化し、周囲環境の変化に対して安定
な霧化特性を発揮することができる霧化装置を提供する
ことである＠ 本発明は、上記目的を達成するために以下のような構成
により成るものである。

すなわち、液体を充填する加圧室にノズルを臨ませ、振
動子駆動部により附勢される電気的振動子により前記ノ
ズルを加振する構成とすると共に、前記液体の温度もし
くはその周囲温度を検知する温度検知手段の信号に基づ
き、デユーティ−制御部により前記電気的振動子の振動
時間と停止時間との比を制御するよう構成したものであ
り、この構成によシ、周囲温度の変動に対して安定な霧
化量を得、しかも簡単でコンパクトかつ低価格な霧化装
置を提供できるものである。

以下本発明の一実施例について図面と共に説明する。

第２図は本発明の一実施例の霧化装置を適用した石油温
風機の構成を示す断面図である。

第２図において、温風機ケース６の上面には、操作部６
が設けられ、制御部７から操作指令を与えるように構成
されている。

燃料である灯油は、タンク８よりパイプ９を通って液面
を一定に制御するレベラ１ｏＫ送られ、レベラ１ｏより
パイプ１１にて霧化部１２に送られる構成となっている
。レベラ１１Ｖｃより灯油の液面は、運転停止時におい
て、パイプ１１内に位置するよう構成されている。

操作部６より制御部７に運転指令が送られると制（財）
部７は、送風ファンモータ１３を起動し、送風ファン１
４と吸引ファン１６が回動される。従っ心燃焼空気が吸
気筒１６より吸い込まれ、オリスイス１７、第１負圧発
生部１８を通り、旋回器１９に送られる。そして、霧化
混合室２ｏに図のように旋回気流となって流入し、保炎
板２１の開口より燃焼室２２鞠滲られ、排気筒２３より
排気される。

前記吸引ファン１６はその発生する差圧力により、その
分だけ第２負圧発生部２φが第１負圧発生部１８よりさ
らに負圧力になるように構成されている。第２負圧発生
部２６は、パイプ２６にょシ霧化部１２と連通されてお
シ、霧化部１２に対して第２負圧発生部２５に発生した
負圧カーΔＰを印加する構成となっている。

従って、この負圧カーΔＰにより、レベラ１ｏによりパ
イプ１１内に制御されていた液面は吸い上げられて上昇
し、霧化部１２内を灯油で充満した後、さらに上昇して
パイプ２６内でつり合い停止するのである。

この状態で制御部７は、内蔵する振動子制御部２７を起
動し、後述する霧化部１２の圧電振動子を付勢する。し
たがって、霧化混合室２０の壁面２８に固定された霧化
部１２からは、図のように、霧化粒子２９が霧化混合室
２ｏに噴霧され、前述した旋回気流と混合して燃焼室２
２に送られる。この混合気は点火器３ｏにて点火され、
火炎３１を形成し、フレームロッド３２にて着火検知さ
れる。

なお３３け室内空気対流ファンであり、燃焼室２２の外
表面に空気を送って温風を作り、室内暖房を行う。

次に霧化部１２についてさらに詳しく説明する。

第３図は、霧化部１２のさらに詳しい構成を示す断面図
であり、第２図と同符号は相当物である。

霧化部１２の第１ボデイー３４はビス３５．３６にて霧
化室２ｏの壁面２８に固定され、第２ボデイー３７は、
ビス（図示せず）にて第１ボデイー３４に固定されてい
る。第２ボデイー３７には、直径１０〜１６ＩＩＩＩ１
１１深さ２〜５Ｉｎｍ程度の円筒状の加圧室３８が設け
られ、パイプ１１および２６と図のように連通されてい
る。加圧室３８の一面は厚さ５０μｍ８度のノズル板３
９で覆われ、ノズル板３９の曲面部４ｏに設けた複数個
のノズル４１が加圧室３８に臨んでいる。ノズル板３９
には厚さ０．５〜２．．直径１０−１５ｍｍ程度の圧電
振動子４２が接着層兼電極４３にて接着されており、圧
電振動子４２の中央には開口４４が設けられている。開
口４４には前記ノズル４１が臨んでおり、図のように霧
化粒子２９を噴霧することができる。

圧電振動子４２のもう１つの電極４６には、リード線４
６が半田付され、もう１つのリード線４７は、ビス３５
にて第１′ボデイー３４に接続されている。従って電極
４３には、ノズル板３９、第２ボデイー３７、第１ボデ
イー３４を介してリード線４７が接続されている。

リード線４６．４７により、制御部７に内蔵された振動
子制御部２７からは、圧電振動子４２に対して、第４図
ａ又はｂのような２０曲〜５０ｋＦ＆程度の交流電圧が
印加され、圧電振動子４２はその印加電圧極性に応じて
、その直径方向に伸張圧縮の軸対称振動を行う。この振
動を励振エネルギーとして、開口４４に臨むノズル板の
たわみ振動が励起され、この結果、ノズル４１はその軸
方向に加振される（図の左右方向にノズル４１が加振さ
される）。従って、加圧室３８内の灯油は、ノズル４１
の加振によるノズル４１近傍の圧力上昇によりノズル４
１より図のような霧化粒子２９となって噴霧される。ま
た、噴霧された灯油体積分だけ加圧室３８内は、圧力低
下するが、ノズル４１に発生する灯油の表面張力により
ノズル４１からの空気流入は防止され、この結果、パイ
プ１１より灯油が加圧室３８に自動的に吸い上げられ、
自給ポンプ作用を果すのである。ノズル４１からの霧化
粒子２９は、ノズル４１の直径と前記交流電圧の太き・
さによって決まり、微粒化性能に優れ、均一性に富んだ
ものとなり、極めて良好な霧化性能を発揮することがで
きる。なお、４８，４９はパッキ７である。圧電振動子
４２によるノズル板３Ｓの加振エネルギーは極めて小さ
く、２０ｃｃ／分程度の霧化量を得るに要する圧電振動
子４２への入力は、０．１〜０．２［Ｗ］以下でよい。

また、加圧室３８内における超音波エネルギーの最大点
がノズル４１の近傍であることから、灯油中の溶存空気
がキャピテーシ目ンにより気泡化するという事がほとん
どなく、気泡化する前にノズル４１より霧化粒子２９と
なって噴霧されるのである。

従って、このような構零により、極めてコンパクト、低
価格で、かつ、低消費電力であり、しがも溶存空気を多
量間合む灯油等の液体であっても、安定に霧化すること
ができる霧化装置を実現ヤきるものである。

この霧化装置の霧化量ｑは、第６図ａおよびｂに示すよ
うに、圧電振動子４２の駆動電圧Ｖの大きさ、および、
駆動周波数ｆにより、変化することができる。これは、
ノズル板３９の開口部４４に臨む部分のたわみ振動の振
巾がＶおよびｆによって変化するためである。

しかしながら、第６図ａに示す破線域の電圧、すなわち
ｖ＜ｖ２においては、霧化動作の不安定性が目立ち、−
力筒６図すに示す破線域の周波数、すなわち、ｆ＜ｆ２
およびｆ＞ｆ３においても、同様に霧化動作が不安定で
ある。

第６図（ａ）は、霧化部１２の平面図で、第３図と同付
号は相当物である。第６図（ａ）は図のように、曲面部
４０、圧電振動子４２、第１ボデイー３４の位置関係が
良好な状態にあり、曲面部４ｏを中心に同心円となって
いる。しかしながら、実際の場合には、その組立バラツ
キにより、第６図す又はＣのように、曲面部４ａが圧電
振動子４２の中心からずれを生じたシ、曲面部４ｏと圧
電振動＋４２が、第１ボデイー３４の中心（−！なわち
加圧室器の中心）からずれを生じたシ占しまう。

第６図ａ、ｂに破線で示した不安定動作域の発生・は、
上述のような第６図す又はＣの如き組立バラ９、このよ
・うな構造的不均衡がある場合は、ある程度以上の励振
エネルギーで励振しないと安定なノズル板３９の中央部
のたわみ振動を励起することができないことを意味する
ものである。

実際に霧化部１２を組立てると第６図龜のように均衡の
とれた構造を実現することは難かしく、第６図す、ａの
ようになることが＃１とんどである。

一方、霧化部１２の霧化量ｑは、第７図ｄに示すように
灯油の粘度μに対して大きな依存性を示すものであり、
一方、粘度μは、温度Ｔに対して、第７図すのように変
化する。

従って、霧化量ｑは４ＪＢ温度すなわち液体（灯油）の
温［Ｔに対して第７図Ｃのような変化をする結果となる
。

周囲温度Ｔの変化による霧化量ｑの変動を補償するため
に何らかの手段が必要であるけれども、前′１１１ 述したように、振動電圧Ｖや周波数ｆを周囲温度Ｔに応
じて変化すると第６図ａ、ｂで示した不安定、動作域を
利用してしまう結果となりかねない。

そこで、■およびｆは、最も好ましい値（第６図ｆ　＝
　ｆ　（）　ｅ　Ｖ＝Ｖ（）　）に保ったままで、霧化
量ｑの周囲温度Ｔに対する補償をすることが必要であシ
、第８図は、これを実現することが可能な振動子駆動部
２７の一実施例を委すブロック図である。

第８図において振動子側（財）部２７は、圧電振動子４
２に対して、前述した好ましい周波数ｆ０と電圧ｖ０の
交流電圧を供給する振動子駆動部６ｏと、前記振動子駆
動部６ｏの発振・停止のデユーティ−（時間比）を制御
するデユーティ−制御部６１、および液体（灯油）の温
度もしくは周囲温度を検知する温度検知器５２を有して
いる。

具体的には、振動子駆動部６０は、コルピッツ型一方式
自励発振器等で構成し、一方デ、−ティー制御部５１は
、マルチバイブレータ等にて容易に実現することができ
る。温度検知器６２をサーミスタやダイオード等で構成
し、この信号により、前記マルチバイブレータの動作状
態を変化させるようにすることにより、振動子駆動部６
ｏの発振・停止デユーティ−を周囲温度又は灯油温度に
対して変化−させることが可能となシ、結果として、圧
電振動子４２の振動時間と停止時間の比を周囲温度又は
液体の温度に応じて制（財）し、霧化量を周囲温度変化
に対して安定化し、かつ、最も安定な霧化動作状態を維
持することができる。

゛第９図ａ−ｄは、前述のデユーティ−制御の様子を示
すものであり、第９図ａ、ｂはそれぞれ、周囲温度が低
い時のデユーティ−制御部６１の出力電圧波形、および
振動子駆動部６０の出力電圧波形を示している。そして
、第９図ａ、ｄは、それぞれ温度が高い時の各々の出力
電圧波形を示すものであり、このように、デユーティ−
制御周期音。

罠対する圧電振動子４．？・の振動時間ｔ、およびｔ２
を周囲！ｆＴに対して変化させ、良好な霧化動作を維持
しつつ平均的な霧化量ｑを安定化するものである。例え
ば會。を３０［：ｍａ］〜１０［ｍ、ｓ　：ｌ程度にす
ることにより、見かけ上は霧化状態が連続的となるよう
にすることができる。食。を一定、例えば、ｔ　０＝　
２０　［：　ｍ　Ｓ　］とすることＫより、見かけよの
霧化状態の断続がなく、しかもｔｏを一定としているの
で周囲温度による霧化状態の変化がないものとすること
が可能であるので、特に本実施例のように燃焼機に適用
した場合には、燃焼状態などが良好に保ち得るものとな
るのである。

第１０図は、第８図の振動子制御部２７のさらに詳しい
一実施例であシ第８図と同符号は相当物である。振動子
駆動部６０は、インダクタ６３゜トランジスタ６４．出
カドランス６６、コンデンサ６６〜６８．抵抗６９〜６
２より成る一石式自励発振回路より成り、一方デューテ
ィー制御部６１は、オペアンプ６３、コンパレータ６４
．６５、トランジスタ６６、コンデンサ６７、抵抗器６
８〜７８より成っている。温度検知器６２はダイオード
７ｅにより構成され、周囲温度変化による順方向電圧降
下の変化にて、コンパレータ６６の非反転入力電圧を変
え、結果として、トランジスタ６６のオンオフ比（デユ
ーティ−）を変えて、振動子駆動部６ｏの発振・停止デ
―−ティーを変化させている。このように極めて簡単な
構成で、周囲温度変化を検知し、圧電振動子の振動時間
と停止時間の、比（デユーティ−）を制御することがで
き、霧化部の安定な霧化動作を保証しつつ、霧化量の温
度変動を補償することができる。

以上に述べたように、本発明によれば、加圧室に液体を
充填し、加圧室に臨んで設けたノズルを電気的振動子に
て加振することにより前記ノズルから液体を噴霧する構
成とすると、共に、液体の温度又は周囲温度を検知する
温度検知手段の信号援より電気的振動子の振動時間と停
止時間の比を制極めて簡単でコンパクトであり、低価値
であると畠共に低消費電力であるＫもかかわらず霧化性
能に優れ、溶存空気を含へ液体であってもキャビテーシ
ョン気泡による不安定動作のない霧化装置を実理するこ
とができる。そして、特に、周囲温度に基づく霧化量の
変動を防止し、しかも安定な霧化動作を保証することが
可能な霧化装置を実現する１：’１１ ことが可能であり、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の構成を示す断面図、第２図は
本発明の一実施例の霧化装置を適用した石油温風機の構
成を示す断面図、第３図は同霧化電圧波形図、第６図ａ
、ｂはそれぞれ同霧化部、の説明するだめの一部平面図
、第７図ａ、ｂ、ｃは図は本発明の一実施例の霧化装置
のブロック図、第ｅ図ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ、低温
および高温におけるデユーティ−制御部と振動子駆動部
のめ 出力電圧波形−第１０図は第８図のブロック図のさらに
詳しい一実施例を示す回路図である。 ３８・自−・・・加圧室、４１１Ｉ・・＠ｅ・ノイを、
４２・・・・・・電気的振動子（圧電振動子）、６ｏ・
・・・・・振動子駆動部、６１・・・・・・デユーティ
−制御部、６２・・・・・・温度検知手段。 第１図 第３図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液体を充填する加圧室と、前記加圧室に臨んで設
   けたノズルと、前記ノズルを加振する電気的振動子と、
   前記電気的振動子を附勢する振動子駆動部とを備え、前
   記電気的振動子の振動により前記ノズルより前記液体を
   噴霧するよう構成すると共に、前記液体の温度又は周囲
   温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の信
   号により前記電気的振動子の振動時間と停止時間との比
   を制駆動部の発振・停止時間比を制御することにより、
   前記電気的振動子の振動時間と停止時間の比を制御する
   よう構成した特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 （３）　　前記振動時間と停止時間の総和が略一定にな
   るよう前記デューテ゛イー制御部を構成した特許請求の
   範囲第１項記載の霧化装置。